耦合肝細胞中鈣信號的同步性研究.pdf

1、細胞是生物體的基本結構和功能單位，鈣離子(Ca2+)則是細胞內廣泛存在的最重要的胞內信使之一，幾乎所有的生命活動(如細胞的分裂、細胞運動、物質轉運等)均與胞內Ca2+信號有關。而且細胞質中Ca2+振蕩是代表細胞水平上周期行為的最普遍的例子，具有重要的的生理學意義。近年來，用非平衡統(tǒng)計物理研究細胞鈣離子信號已成為目前國際生物物理學研究領域內的前沿課題之一。本文正是利用非線性隨機動力學的理論和方法研究了耦合細胞中Ca2+振蕩的機制和同步行為

2、。 為了解釋肝細胞中的Ca2+振蕩的實驗現象，人們提出了一些關于耦合肝細胞中Ca2+動力學的理論模型。雖然這些模型能較好地解釋一些實驗現象，但也有其局限性。如忽略了三磷酸肌醇(inositol1，4，5-trisphosphate，簡稱IP3，一種重要的第二信使，能結合并激活內質網上的Ca2+通道)的效應；忽略了噪聲強度對同步的影響；較少考慮多細胞耦合的組織等。因此，在已有的關于耦合肝細胞中Ca2+振蕩的研究基礎上，按照從確定論

3、層次到隨機層次、從單細胞到多細胞的研究思路，本文較深入地研究了耦合強度、IP3水平、噪聲等因素對耦合肝細胞中的Ca2+振蕩的同步性的影響。 首先，在確定論層次上，本文研究了一對耦合細胞中Ca2+振蕩的同步性與耦合強度和IP3水平的關系。理論模擬結果驗證了實驗結論—足夠大和持續(xù)的IP3水平對于耦合細胞中IP3誘導的Ca2+振蕩達到同步是必要條件；發(fā)現胞內Ca2+和IP3分別作為間隙耦合因子對于耦合細胞中Ca2+振蕩達到同步都是十分

4、有效的；耦合肝細胞中Ca2+振蕩的相鎖定比率與耦合強度和IP3水平的關系表現出的“魔鬼階梯”的構像說明系統(tǒng)中不僅存在1：1的相鎖定，還存在多樣的諧波鎖定；給出了以耦合強度和IP3水平為二維參數平面上的同步性的相圖；通過計算不同細胞中Ca2+濃度的交叉關聯時間發(fā)現存在最佳的耦合強度和IP3刺激水平，此時系統(tǒng)獲得最佳的同步性。 其次，在隨機層次上，利用朗之萬方法描繪Ca2+通道的隨機門控動力學，分別研究了噪聲對兩和三個耦合細胞中Ca

5、2+隨機振蕩的同步性的影響。研究結果發(fā)現：隨著耦合強度的變化，每個細胞中的Ca2+振蕩信號的峰間間隔直方圖ISIH、相差△φ、相對相差φ及其分布等物理量均存在從非同步到同步的相變過程；在耦合強度和Ca2+通道數目(反應噪聲強度的參量)的參數空間中，發(fā)現存在相干共振的區(qū)域。 最后，首次利用平均場耦合方法，研究了大量的細胞耦合著的生物學組織中Ca2+振蕩的同步性。分別計算了量度系統(tǒng)有序度的序參量O、刻畫系統(tǒng)相同步程度的有序度S、量度